[发明专利]中性原子成像单元、成像仪、成像方法及空间探测系统

说明书

本发明提供一种中性原子成像单元、成像仪、成像方法及空间探测系统，成像单元包括至少一组探测单元，至少一组探测单元包括：至少一个半导体探测器线阵列，每一个半导体探测器线阵列均包括由多个半导体探测器组成的半导体探测器条带；以及至少一个调制栅格。调制栅格包括狭缝以及形成狭缝的栅格实条，调制栅格包括多个栅格周期，每个栅格周期均包括n条狭缝，半导体探测器条带的宽度为d，调制栅格的第i个狭缝的宽度w_i满足如下关系：采用栅格成像技术对中性原子进行成像，栅格的狭缝和栅格实条宽度可调，由此可以大大提高中性原子的成像效率，缩短成像所需的时间，提高中性原子成像探测的计数率。

技术领域

本申请涉及中性原子成像领域，具体涉及一种中性原子成像单元、成像仪、成像方法及空间探测系统。

背景技术

整体观察和全球成像己成为有希望解决地球空间物理问题的重要的发展途径之一。由于环电流离子与地冕热粒子成分的电荷交换过程中会产生能量中性原子(ENA)，而ENA不受磁场束缚，可沿直线以最初的能量离子的速度离开源区。因此遥测ENA成像也为区分空间等离子体的时间和空间变化提供了新的机会。

但是空间中性原子探测技术发展的道路并不平坦。空间中存在的极强极紫外/紫外辐射(EUV/UV)背景是进行可靠的ENA测量的最大障碍。空间界在空间中性原子探测技术领域做了不懈的努力。

对空间ENA通量直接实地观测的最初尝试是1968年4月25日的火箭搭载试验。第一个ENA探测仪器的技术基于SSD的薄膜剥离技术(foil-stripping)，使ENA重新成为带正电粒子，然后对新产生的正电粒子进行分析。随后的ENA探测技术发展是增加一个衍射过滤器，把极紫外/紫外辐射的背景过滤掉，以提高传感器的ENA与EUV/UV光子的比率。然而，由于空间极紫外/紫外辐射极强，衍射过滤器把极紫外/紫外辐射衰减10万倍的同时，中性成分的通量也会下降20倍。因此，这个问题依然没有得到很好的解决。

由于现在低能的ENA探测器大多都是利用通道倍增器和微通道板加衍射过滤器做成的，而这些ENA探测器依然受到紫外辐射的严重影响，几乎没有得到有科学价值的近地空间低能ENA探测结果。

发明内容

为了解决现有技术中ENA成像的上述问题，本发明提供一种栅格成像单元、中性原子成像仪、成像系统及成像方法。由此使得ENA探测器不受极强极紫外/紫外辐射的影响，实现高时空高分辨率的中性原子成像技术。

根据本发明的第一方面，提供中性原子成像单元，包括至少一组探测单元，至少一组探测单元包括：

至少一个半导体探测器线阵列；以及

至少一个调制栅格，设置在至少一个所述半导体探测器线阵列的前方与所述半导体探测器线阵列具有间距D，并且与至少一个所述半导体探测器线阵列一一对应，所述调制栅格对入射的中性原子进行傅里叶变换；

其中，所述调制栅格包括狭缝以及形成狭缝的栅格实条，所述半导体探测器线阵列的方向与所述调制栅格的狭缝方向一致，所述调制栅格包括多个栅格周期，每个所述栅格周期均包括n条狭缝，所述半导体探测器阵列的宽度为d，所述调制栅格的第i个狭缝的宽度w满足如下关系：

可选地，每一个所述栅格周期中，最窄的狭缝以及形成最窄的狭缝的栅格实条的宽度与所述半导体探测器阵列的宽度相同。

可选地，所述调制栅格的多个栅格周期的长度相同，每一个栅格周期中的第i条狭缝对应第i条栅格实条，并且第i条狭缝与第i条栅格实条的宽度相同。

可选地，所述调制栅格的厚度t满足：

可选地，所述中性原子成像单元的角分辨率为：

可选地，所述调制栅格包括m个栅格周期，其中m≥2，n≥8。